linux驱动程序一般工作在内核空间,但也可以工作在用户空间。下面我们将详细解析,什么是内核空间,什么是用户空间,以及如何判断他们。 Linux简化了分段机制,使得虚拟地址与线性地址总是一致,因此,Linux的虚拟地址空间也为0~4G。Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。将最高的1G字节(从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF),供内核使用,称为“内核空间”。而将较低的3G字节(从虚拟地址 0x00000000到0xBFFFFFFF),供各个进程使用,称为“用户空间)。因为每个进程可以通过系统调用进入内核,因此,Linux内核由系统内的所有进程共享。于是,从具体进程的角度来看,每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。 Linux使用两级保护机制:0级供内核使用,3级供用户程序使用。从图中可以看出(这里无法表示图),每个进程有各自的私有用户空间(0~3G),这个空间对系统中的其他进程是不可见的。最高的1GB字节虚拟内核空间则为所有进程以及内核所共享。 内核空间中存放的是内核代码和数据,而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间,它们都处于虚拟空间中。 虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节,但映射到物理内存却总是从最低地址(0x00000000)开始。对内核空间来说,其地址映射是很简单的线性映射,0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量,在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET。 内核空间和用户空间之间如何进行通讯? 内核空间和用户空间一般通过系统调用进行通信。 如何判断一个驱动是用户模式驱动还是内核模式驱动? 判断的标准是什么? 用户空间模式的驱动一般通过系统调用来完成对硬件的访问,如通过系统调用将驱动的io空间映射到用户空间等。因此,主要的判断依据就是系统调用。 内核空间和用户空间上不同太多了,说不完,比如用户态的链表和内核链表不一样;用户态用printf,内核态用printk;用户态每个应用程序空间是虚拟的,相对独立的,内核态中却不是独立的,所以编程要非常小心。等等。 还有用户态和内核态程序通讯的方法很多,不单单是系统调用,实际上系统调用是个不好的选择,因为需要系统调用号,这个需要统一分配。 可以通过ioctl、sysfs、proc等来完成。
很多对技术有追求的读者朋友,做到一定阶段后都希望技术有所精进。有些读者朋友可能会研究一些中间件的技术架构和实现原理。比如,Nginx为什么能同时支撑数万乃至数十万的连接?为什么单工作线程的Redis性能比多线程的Memcached还要强?Dubbo的底层实现是怎样的,为什么他的通信效率非常高?
清·俞樾《湖楼笔谈》六:“盖诗人用意之妙,在乎深入显出。入之不深,则有浅易之病;出之不显,则有艰涩之患。”
linux不是没有病毒,而是病毒少。病毒少的原因:1、Linux账号有限制,即使这个病毒成功地感染了这个用户拥有的一个程序,由于这个用户权限受限,它进一步传播的任务也会非常困难;2、Linux网络有限制,其网络程序构建地很保守,没有让病毒快速传播变的可能的高级宏工具;3、Linux的应用软件和系统软件几乎都是开源的,而病毒很难藏身于开源的代码中间。 📷 Linux教学 本教程操作环境:linux7.3系统、Dell G3电脑。 linux不是没有病毒,而是病毒少。 那么为什么Linux系统下病毒这么少?很
了解更多BPF技术内幕,推荐阅读《BPF之巅:洞悉Linux系统和应用性能》一书。 ▼ BPF是近年来Linux 系统技术领域一个巨大的创新。作为 Linux 内核的一个关键发展节点,其重要程度不亚于虚拟化、容器、SDN 等技术。 ▼BPF 的工作方式十分有趣 : 最终用户使用 BPF 虚拟机的指令集(也称 BPF 字节码)定义过滤器表达式,然后传递给内核,由解释器执行。这使得包过滤可以在内核中直接进行,避免了向用户态进程复制每个数据包,从而提升了数据包过滤的性能,tcpdump(8) 就是这样工作的。
开发团队应尽可能将性能回归的检测尽早进行。以下是使用连续基准测试工具 Bencher 的方法。
随着云计算产业的异军突起,网络技术的不断创新,越来越多的网络设备基础架构逐步向基于通用处理器平台的架构方向融合,从传统的物理网络到虚拟网络,从扁平化的网络结构到基于 SDN 分层的网络结构,无不体现出这种创新与融合。
当今,可观测性领域正在经历一场颠覆性的转变,其中核心驱动力便是 “eBPF”(扩展伯克利数据包过滤器)技术。作为下一代改革先锋,eBPF 技术正在彻底改变我们对系统观测和监控的认知。在之前的文章中,我们已经详细介绍了 eBPF 技术及其对可观测性的影响。
eBPF 允许用户在 Linux 内核中加载和安全运行自定义程序,而无需直接更改内核本身。可能性是无限的。
linux操作系统包含了五种IO模型,各种上层编程语言或者网络编程框架的上层实现都是基于操作系统的这些IO实现来实现的。
BPF是近年来Linux 系统技术领域一个巨大的创新。作为 Linux 内核的一个关键发展节点,其重要程度不亚于虚拟化、容器、SDN 等技术。
今天,我们来了解下 Linux 系统的革命性通用执行引擎-eBPF,之所以聊着玩意,因为它确实牛逼,作为一项底层技术,在现在的云原生生态领域中起着举足轻重的作用。截至目前,业界使用范围最广的 K8S CNI 网络方案 Calico 已宣布支持 eBPF,而作为第一个实现了Kube-Proxy 所有功能的 K8S 网络方案——Cilium 也是基于 eBPF 技术。因此,只有了解其底层机制,才能有助于更好、更易地融入容器生态中。
现在操作系统都是采用虚拟存储器,操作系统的核心是内核,独立于普通的应用程序,可以访问受保护的内存空间,也有访问底层硬件设备的所有权限。为了保证用户进程不能直接操作内核(kernel),保证内核的安全,操作系统将虚拟内存划分为两部分,一部分为内核空间,一部分为用户空间。对于32位操作系统,它的寻址空间(虚拟存储空间)为4G(2的32次方),linux操作系统中将最高的1G字节(从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF)供内核使用,称为内核空间,而将较低的3G字节(从虚拟地址0x00000000到0xBFFFFFFF)供各个用户进程使用,称为用户空间。
Linux 提供了丰富的库函数,涵盖了各种领域,从文件操作到网络编程、图形界面、数学运算等。这些库函数大多数都是标准的 C 库函数,同时也包括一些特定于 Linux 系统的库。
2013年6月我写了关于非易失性内存(NVM)的未来接口。其中描述了SNIA NVM Programming technical work group(TWG)正在开发的NVM编程模型。在过去的四年里,规范已经发布,正如预测的那样,编程模型已成为大量后续工作的重点。该编程模型,在规范中描述为NVM.PM.FILE,可以将PM当做文件被操作系统映射到内存。本文,介绍持久内存编程模型如何在操作系统中实现,已经做了哪些工作,以及我们还面临着哪些挑战。
arch:包含和硬件体系结构相关的代码,每种平台占一个相应的目录,如i386、arm、arm64、powerpc、mips等。Linux内核目前已经支持30种左右的体系结构。在arch目录下,存放的是各个平台以及各个平台的芯片对Linux内核进程调度、内存管理、中断等的支持,以及每个具体的SoC和电路板的板级支持代码。
前几期的分享,我们站在编码视角去聊 Java IO,旨在理解与编码,本次从 Linux 操作系统层面了解一下 IO 模型,这样方能做到知其然,知其所以然。
从基础讲起,IO的原理和模型是隐藏在编程知识底下的,是开发人员必须掌握的基础原理,是基础的基础,更是通关大厂面试的必备知识。
内核、shell、文件系统和应用程序。内核、shell和文件系统一起形成了基本的操作系统结构,它们使得用户可以运行程序、管理文件并使用系统。部分层次结构如图1-1所示。
性能工具之所以使用扩展的BPF,部分原因在于它的可编程性。BPF程序可以执行自定义等待时间计算和统计摘要。仅这些功能就可以构成一个有趣的工具,并且还有许多其他具有这些功能的跟踪工具。使BPF与众不同的是,它还高效且生产安全,并且内置于Linux内核中。使用BPF,您可以在生产环境中运行这些工具,而无需添加任何新的内核组件。
有兴趣了解更多关于 eBPF 技术的底层细节?那么请继续移步,我们将深入研究 eBPF 的底层细节,从其虚拟机机制和工具,到在远程资源受限的嵌入式设备上运行跟踪。
本章介绍所有的关于模块和内核编程的关键概念,通过一个 hello world 模块来认识驱动加载的流程及相关细节。
本文是一篇翻译,翻译自https://software.intel.com/en-us/blogs/2015/06/12/user-space-networking-fuels-nfv-performance,文章有点老了,15年写的,但是文章总结了一些用户态的协议栈,很有学习参考的意义。 如今,作为一个网络空间的软件开发人员是非常激动人心的,因为工程师的角色随着这个世界的规则在逐渐改变。 过去这 15 年来,人们对高性能网络做了很多努力,网络模型也发生了很多改变,起初,数据包的收发都要推送到内核才能完成
很多的小伙伴,被java IO 模型,搞得有点儿晕,一会儿是4种模型,一会儿又变成了5种模型。
服务器端编程,经常需要构造高性能的网络应用,需要选用高性能的IO模型,这也是通关大公司面试必备的知识。
操作系统的内核功能强大,它具有监督和控制整个系统的特权,通过软件方式,操作系统是实现观察性、安全性与网络功能的理想场所,但在操作系统的内核中进行任何修改,都会带来安全风险或性能损失,并会破坏原有软件对操作系统版本和模块的依赖关系。 能否实现操作系统可编程性,允许额外代码在不更改操作系统内核源代码的情况下运行,或在新模块中创建不需要的依赖项? eBPF实现了这一点,它在操作系统中运行沙箱程序,可以方便地在不重建内核或加载内核模块的同时,实现网络、安全、应用程序分析/跟踪和性能故障排除等功能。由此,诞生了一波基
系统调用是内核和应用程序间的接口,应用程序要访问硬件设备和其他操作系统资源,必须通过系统调用来完成。
众所周知,硬实时的概念,其核心并非追求速度的极致,而是确保系统能在预定的、可重复的时间范围内给予确定的响应。这意味着,实时系统的正确性不仅在于计算逻辑的正确,更在于结果的产生时间是否符合预期。以汽车为例,当发生碰撞时,安全气囊必须在极短的时间内弹开,否则可能无法起到应有的保护作用。
最近一位3年工作经验的小伙伴去某厂面试,被问到这样一个问题,说:”请你简单说一下Kafka的零拷贝原理“。然后,这位小伙伴突然愣住了,什么是零拷贝,零拷贝跟Kafka有关系吗?
并发可能在许多刚接触编程的程序员眼中显得高大上或者多余,因为刚接触编程时不是很理解 并发的背景、意义,并且并发编程通常相对于串行执行的程序要复杂一些。
BPF,及伯克利包过滤器Berkeley Packet Filter,最初构想提出于 1992 年,其目的是为了提供一种过滤包的方法,并且要避免从内核空间到用户空间的无用的数据包复制行为。它最初是由从用户空间注入到内核的一个简单的字节码构成,它在那个位置利用一个校验器进行检查 —— 以避免内核崩溃或者安全问题 —— 并附着到一个套接字上,接着在每个接收到的包上运行。几年后它被移植到 Linux 上,并且应用于一小部分应用程序上(例如,tcpdump)。其简化的语言以及存在于内核中的即时编译器(JIT),使 BPF 成为一个性能卓越的工具。
周日午后,刚刚放下手里的电话,正在给刚刚的面试者写评价。刚刚写到『对Linux的基本IO模型理解不深』这句的时候,女朋友突然出现。
TCP作为一种可靠传输控制协议,其核心思想既要保证数据可靠传输,又要提高传输的效率,而用三次恰恰可以满足以上两方面的需求!
在计算机操作系统中,所谓的I/O就是 输入(Input)和输出(Output),也可以理解为读(Read)和写(Write),针对不同的对象,I/O模式可以划分为磁盘IO模型和网络IO模型。
XDP 是一种特殊的 eBPF 程序,在数据包处理上因为在协议栈之前就可以处理数据,所以有非常高的性能。
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我们对copy_{to,from}_user()接口的使用应该是再熟悉不过吧。基本Linux书籍都会介绍它的作用。毕竟它是kernel space和user space沟通的桥梁。所有的数据交互都应该使用类似这种接口。所以,我们没有理由不知道接口的作用。但是,我也曾经有过以下疑问。
首先,我们要了解IO模型先要知道在底层操作系统是通过哪些设备来实现数据的传输,其次要了解IO模型中哪些是发生阻塞调用操作,然后有了上述的基本认知之后,开始来了解IO模型是如何演进,最后通过IO模型的演进我们要辨别IO模型中的关键术语联系与区分,上述的思维导图囊括以下要分享的知识点!
本文列举四个比较经典的 Linux 收包引擎,如果还有其他你觉得ok的可以留言。这四个分别是:
IPC全名为inter-Process Communication,含义为进程间通信,是指两个进程之间进行数据交换的过程。在Android和Linux中都有各自的IPC机制,这里分别来介绍下。
本文以 32 位系统为例介绍内核空间(kernel space)和用户空间(user space)。
什么是零拷贝 维基上是这么描述零拷贝的:零拷贝描述的是CPU不执行拷贝数据从一个存储区域到另一个存储区域的任务,这通常用于通过网络传输一个文件时以减少CPU周期和内存带宽。 零拷贝给我们带来的好处: 减少甚至完全避免不必要的CPU拷贝,从而让CPU解脱出来去执行其他的任务 减少内存带宽的占用 通常零拷贝技术还能够减少用户空间和操作系统内核空间之间的上下文切换 Linux系统的“用户空间”和“内核空间” 从Linux系统上看,除了引导系统的BIN区,整个内存空间主要被分成两个部分:内核空间(Ke
I/O 一直是很多小伙伴难以理解的一个知识点,这篇文章我会将我所理解的 I/O 讲给你听,希望可以对你有所帮助。
◆DPDK是什么 Intel® DPDK全称Intel Data Plane Development Kit,是intel提供的数据平面开发工具集,为Intel architecture(IA)处理器架构下用户空间高效的数据包处理提供库函数和驱动的支持,它不同于Linux系统以通用性设计为目的,而是专注于网络应用中数据包的高性能处理。具体体现在DPDK应用程序是运行在用户空间上利用自身提供的数据平面库来收发数据包,绕过了Linux内核协议栈对数据包处理过程。 ◆DPDK技术介绍 一、主要特点 1、UIO(L
Intel DPDK,全称为Intel Data Plane Development Kit,是一个为Intel架构处理器设计的强大的数据包处理工具集。不同于传统的Linux系统设计,DPDK专注于网络应用中的高性能数据包处理。
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